移动式陶瓷厚膜热源密集烤房应用效果分析

摘要 ［目的］探明移动式陶瓷厚膜热源密集烤房在解决普通燃煤密集烤房中存在的高能耗、高碳排放以及烤后烟叶质量不稳定等问题方面的效果。［方法］通过引入陶瓷厚膜发热技术，研制出一种移动式陶瓷厚膜热源密集烤房，并与普通燃煤密集烤房在烤烟能耗、温控精度和烟叶烘烤效果等方面进行对比。［结果］与普通燃煤密集烤房相比，移动式陶瓷厚膜热源密集烤房平均成本降低1.52元/kg，节能增效显著，烘烤温度控制精度高，烤后烟叶糖碱比更加协调。［结论］移动式陶瓷厚膜热源密集烤房具有可移动、省时省工、无污染等优势，具有较好的推广应用前景。

关键词 烤烟；陶瓷厚膜热源；移动式；密集烤房；节能增效

中图分类号 TS43 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2024）17-0181-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.17.042

Analysis for the Application Effect of Mobile Ceramic Thick-Film Heat Source Intensive Baking Room

WANG Wen-lun， XU Hong-gang， DUAN Ji-you et al

（Chuxiong Tobacco Company， Chuxiong， Yunnan 675000）

Abstract ［Objective］ The study aims to investigate the effect of mobile ceramic thick film heat source dense oven in solving the problems of high energy consumption， high carbon emission and unstable quality of tobacco leaves after drying in ordinary coal-fired intensive oven. ［Method］ A mobile dense oven was developed by introducing ceramic thick film heating technology， which was compared with the ordinary coal-fired intensive oven in terms of flue-cured tobacco energy consumption， temperature control accuracy and tobacco leaf baking effect. ［Result］ Compared with the ordinary coal-fired intensive oven， the mobile ceramic thick film heat source intensive oven reduced the average cost by 1.52 yuan/kg， the energy saving and efficiency increase were significant， the baking temperature control accuracy was high， and the sugar-alkali ratio of tobacco leaves after roasting was more harmonious. ［Conclusion］ The mobile ceramic thick film heat source dense baking room has the advantages of being mobile， time-saving， labor-saving， and pollution-free， and has a good prospect for popularization and application.

Key words Tobacco roasting;Ceramic thick film heat source;Mobile;Intensive roasting room;Energy saving and efficiency

基金项目 中国烟草总公司云南省公司科技项目（2021530000241037）。

作者简介 王文伦（1978—），男，云南楚雄人，农艺师，从事烟草农业科技研究。

收稿日期 2023-10-31

我国是世界上烤烟产量最大的国家，常年种植烤烟约100万hm2，年均产出烤烟叶200万t以上［1］。长期以来，我国烟叶烘烤都是采用以燃煤为主的烤房。燃煤烤房大都采用热功率≤140 kW的散煤燃烧热风炉，耗煤量大且烘烤燃料成本高，同时燃烧煤会产生大量二氧化碳（CO2）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NO）、硫化氢（H2S）和粉尘颗粒物等污染物，且这些污染物难以进行集中的脱硫、脱硝、除尘处理，对环境造成严重污染，对烟区的生态环境也

产生严重破坏［2］。

为了顺应国家绿色低碳经济发展的新要求，推动供给侧结构性改革，提升设施综合利用水平，促进绿色循环生产，增强烟农增收的新动力，国家烟草专卖局近年来在全国范围内开展了新能源烤房的试点工作，并将其纳入烟叶生产基础设施建设项目［3］。目前，已经研发试用的清洁能源介质主要包括生物质颗粒燃料、燃气、醇基燃料以及空气能热泵等［4-6］，各类型烤房对比分析见表1。

由表1可见，相较于传统燃煤烤房，这些新能源烤房的热效率提高了75%以上，烤烟外观质量和品质也有所提升，降低了烤烟成本。虽然采用这些能源方式减少了有害气体排放量，但仍存在环境污染问题。近年来，空气能热泵技术成为密集型烤房研究的新热点。资静云等［7-8］研究表明，热泵密集烤房在节能、减排以及烟叶品质主要化学成分的协调性上均发挥了良好作用。为进一步提高节能效益，冉茂飞等［9］研究了太阳能辅助空气能热泵式密集烤房，能源利用率在80%以上。可见，使用电能作为新型烤房的能源介质具有无污染、环保性好、保证烤后烟质量等优点，已经成为行业内的共识。为解决现有烤房多为固定式、需要基础安装、安装时间较长、后期维修技术难度较大的问题，笔者对研制出的可移动式陶瓷厚膜热源密集烤房的应用效果进行分析，为其推广应用提供理论依据。该研究以传统燃煤密集烤房为对照，引入高科技发热材料陶瓷厚膜（Ceramic Thick-Film，CTF）作为发热源，以可移动式烤房为应用示范，在原有烤房上进行改造升级，旨在探索采用2种不同热源模式、设备安装方式在烟叶烘烤上的应用效果。

1 材料与方法

1.1 陶瓷厚膜热源技术原理

陶瓷厚膜（CTF）热源技术采用高效、精准且环保的陶瓷作为加热辐射材料，具有快速升温和热焓极低的特点，其热转效率较高，不需要中间换热装置，加热片对烤房内循环空气直接进行加热，实现了“零排放、无污染”［10］。陶瓷厚膜热源技术的原理是将陶瓷膜作为热源，通过热量从热源传递到陶瓷膜表面实现加热和保温的目的。陶瓷厚膜加热元件由陶瓷基板组成，如图1所示，基板上印有绝缘层，然后是一层电阻浆料，接着是接触和连接层，将所有这些层覆盖在一起。最后，在所有这些层上覆盖一层顶部绝缘层保护层以防止机械损伤。各层均采用丝网印刷，每层都要经过干燥和烧制。在整个生产过程中最大限度地防止灰尘和污垢进入。

精确制造的陶瓷厚膜加热元件具有升温快、热容量极低和温度波动最小的特点，其效率高达99%，具体取决于运行方式（直接或间接加热）。

在具体应用中，陶瓷厚膜热源技术具有以下几个优点［10］：

①节能高效。由于其导热系数较高，能够快速实现加热和保温，相比传统的加热方式，具有更高的热效率。这一特点为能源消耗和成本控制带来了显著优势。

②耐高温、耐腐蚀。陶瓷材料具有较高的耐高温性能，能够在高温环境下长期稳定工作。同时，陶瓷材料还具有良好的耐腐蚀性能，能够适应各种腐蚀性环境，从而确保了加热过程的稳定性和可持续性。

③安全性高。由于其表面温度较低，不会出现烫伤等安全隐患。同时，陶瓷厚膜热源也不会产生有害物质，材料发热层均匀稳定、不易损坏，而且寿命达20年，具有较高的安全性和稳定性。这一特点使得陶瓷厚膜热源在许多领域，特别是需要安全控制和环保要求较高的领域，如化工、制药、食品等，得到了广泛的应用。

④可定制化。根据具体使用需求，可以对陶瓷厚膜热源进行定制化设计，以适应不同的加热和保温需求。这一特点使得陶瓷厚膜热源在应用上具有更大的灵活性和广泛性。

1.2 CTF烤房原型机设计

CTF加热模组如图2所示，CTF元件组可根据需要开展元件成膜、元件封装、嵌入传感器、CTF加热模组设计制作。图3为移动式陶瓷厚膜热源烤房的3D效果图，采用强化“热气流加热原理”，热气流采取气流下降式，达到“电饭煲”烘烤方式、实现节能减排、减工降本、提质增效；另一种采购模块化方式可简便组装、拆卸、可移动式的新型能源CTF烤房原型机，设计长度以4 m为基础，可以组装为6、8 m长的烤房，实现烤房长度可伸缩、可扩展，结构可组装、拆卸，真正达到模块化、可移动的便捷效果。

1.3 CTF热源改造试验

该试验在云南楚雄进行，通过拆除原来的燃煤加热室炉体，加装陶瓷厚膜热源模组3套，同时加装余热回收装置（图4）。此次改造用工2个，改造成本约3万元。同时，完成烘烤AI控制器的优化及升级工作，达到“温度/湿度 ”双曲线智能精准控制，实现整个烟叶烘烤过程智能控制。移动式CTF烤房具体参数：

烟房规格为8 m 4台；

功率配置为20～26 kW/座;

实时屏显为温度/湿度/耗电（数据/曲线）;

进气与排湿为AI双控，全过程智能化;

电压配置为220、380 V均能满足;

余热回收为配余热回收模块，可降能30%以上;

耗电指标为2 000～2 500 kW·h/炉，达到1 kg干烟叶耗电3～5 kW·h。

1.4 试验设计

全炉装烟量约为4 500 kg，分别进行了上部烟、中部烟和下部烟的烤烟烘烤测试，烘烤工艺曲线参照云南烟草农业科学研究院2018烘烤工艺挂图［11-12］。测试过程中，从烤烟能耗、温控精度和烟叶烘烤效果等方面进行考察。为了准确监控各项烘烤指标，在烤房内部的不同位置安装了干湿球温度传感器、称重传感器、摄像头等仪器设备。经过烤烟烘烤后，对烤后烟叶主要内在化学成分进行分析，从而对烘烤质量进行科学评估。

2 结果与分析

2.1 烟叶初烤成本及质量对比

由表2可知，在烟叶分级方面，CTF烤房在烘烤后上等烟和中等烟的比例均高于传统燃煤烤房，CTF烤房烘烤出的烟叶上中等烟比例提高2.6%；在成本方面，CTF烤房的总成本明显低于传统燃煤烤房耗煤成本，CTF烤房平均总成本为1.45元/kg，相比于传统燃煤烤房，平均总成本下降了1.52元/kg。其中由于采用智能烘

烤系统，用工成本降低0.46元/kg，同时CTF烤房采用了余

热回收模块，能源利用效率提高，进一步降低了平均总成本。

2.2 烘烤温度

移动式CTF热源烤房采用AI控制器，如图5所示，实现了烘烤过程的精确控制及优化。通过“温度/湿度”双曲线智能精准控制，确保了整个烟叶烘烤过程的智能控制。

从图6综合来看，CTF热源烤房烟叶烘烤全过程的实时温度与变化幅度相对较小，与标准曲线较为接近，温度控制更加精准。在变黄期、定色期和干筋期的平均温差分别控制在2.3、2.5、1.8 ℃以内，传统燃煤烤房则分别为4.1、5.2、2.7 ℃。显然，CTF热源烤房升温灵敏、升温速度快、排湿顺畅，可满足烘烤不同阶段温度和湿度的需要，为整个烤房烟叶干燥提供强有力保障。

2.3 初烤烟叶主要化学成分

由表3可知，2种烤房烤出的烟叶主要化学成分差异不大。相比于传统燃煤烤房，CTF烤房烤出的烟叶淀粉含量和蛋白质含量较低、总糖和还原糖含量较高；同时，CTF烤房烤出的烟叶的糖碱比更加协调，烟叶内在质量更好，这表明CTF烤房烘烤能改善烟叶内在品质各项化学指标，使烟叶化学成分更加趋于协调。

3 结论与讨论

（1）陶瓷厚膜热源（CTF）电烤房可大幅降低烘烤成本，1 kg干烟叶耗能可控制在1.6元以内，通过优化和升级烘烤AI控制器，烟草管理人员、烘烤技师以及烟农可以进行远程监测、控制和调整，从而减少了烟草烘烤技师和烟农的劳动力支出，降低用工成本，相对于传统燃煤密集烤房，成本可以降低50%。

（2）陶瓷厚膜（CTF）加热源体积小、重量轻，烤房采用模块化单元结构和可拆卸组装方式，可以迅速升温，即开即热，即关即冷。同时，它具备防水绝缘性能，可在烟叶烘烤过程中实现精确的温度控制。

（3）陶瓷厚膜热源（CTF）电烤房通过实现烟叶烘烤过程中的精确温度控制，提高了烟叶质量和烟叶的合格率，改善了烟叶内在品质，从而增加了烟农的收入。

该研究结果表明，移动式陶瓷厚膜热源密集烤房在节能和提高效率方面表现出显著效果，同时具有较高的烘烤温度控制精度，烤后烟叶品质好。此外，该结果仅为改造前后试验数据对比，烤烟工艺参数的优化与余热回收装置的改进等还需要进行更深入的研究和验证。

参考文献

［1］ 赵浩宾，胡永涛，李芳芳，等.不同供热能源烤烟经济效益对比分析［J］.农学学报，2021，11（11）：61-65.

［2］ 武圣江，杨双剑，黄翔，等.不同能源类型密集烤房烘烤性能与应用效果分析［J］.南方农业学报，2022，53（6）：1586-1594.

［3］ 王行，文志强，何振峰，等.生物质能在密集烤房上应用现状和发展方向［J］.中国农学通报，2020，36（35）：139-142.

［4］ 徐秀红，孙福山，王永，等.我国密集烤房研究应用现状及发展方向探讨［J］.中国烟草科学，2008，29（4）：54-56，61.

［5］ 许锡祥，陈承亮，吕作新，等.几种新型密集烤房烘烤效果比较［J］.中国烟草科学，2017，38（5）：82-86.

［6］ 徐成龙，苏家恩，张聪辉，等.不同能源类型密集烤房烘烤效果对比研究［J］.安徽农业科学，2015，43（2）：264-266.

［7］ 资静云，杨敏婕，高海芬.电热泵烤房与普通密集烤房烤烟烘烤对比试验［J］.现代农业科技，2020（9）：224，227.

［8］ 孟智勇，宗胜杰，高相彬，等.热泵密集烤房不同烘烤工艺效果比较［J］.江苏农业科学，2019，47（22）：247-251.

［9］ 冉茂飞，武绍斌，秦治明，等.空气能热泵+太阳能辅助烤房试验示范效果［J］.中国高新科技，2021（21）：131-132，156.

［10］ 朱罡，张绍敏，叶磊，等.新型电加热膜密集烤房成本分析及效果评价［J］.黑龙江科学，2023，14（8）：138-139，143.

［11］ 陈岗，董继翠，李文标，等.楚雄烟区不同烘烤工艺对红花大金元品种产质量的影响［J］.安徽农业科学，2022，50（12）：130-134.

［12］ 王文伦，汪应华，刘羿男，等.密集烘烤干筋期最高温度对烟叶致香物质的影响［J］.安徽农业科学，2022，50（16）：130-134.